Nel contesto della transizione energetica odierna, i sistemi di accumulo di energia fotovoltaica stanno diventando una componente fondamentale dello sviluppo energetico sostenibile grazie ai loro vantaggi unici. L'integrazione tra energia solare e accumulo rappresenta l'anello di congiunzione cruciale per un utilizzo efficiente dell'energia.

Oggi, Sailsolar vi aiuterà ad esplorare un concetto cruciale tra due architetture di accoppiamento nei sistemi di energia solare: l'accoppiamento in corrente continua (CC) e l'accoppiamento in corrente alternata (CA) nei sistemi di accumulo solare.La chiave per comprendere queste due architetture sta nell'individuare il punto in cui convergono l'energia proveniente dai pannelli fotovoltaici e quella immagazzinata nella batteria.

Accoppiamento in corrente continua: Il circuito del pannello fotovoltaico e quello della batteria di accumulo convergono sul lato CC.

Accoppiamento CA: Il circuito del pannello fotovoltaico e della batteria di accumulo convergerà sul lato CA.

1. Architettura di accoppiamento CC

Nell'architettura ad accoppiamento in corrente continua, la corrente continua proveniente dal pannello fotovoltaico viene stabilizzata dal convertitore CC-CC all'interno di un inverter ibrido (inverter solare-accumulo) e immessa direttamente nella batteria.

Quando è necessaria energia, questa può essere prelevata dall'impianto fotovoltaico o dalla batteria. In entrambi i casi, la corrente continua viene convertita in corrente alternata dal modulo CC-CA all'interno di un inverter ibrido prima di essere fornita ai carichi.

Punto chiave: L'energia rimane interamente in corrente continua (CC) durante la ricarica della batteria tramite l'impianto fotovoltaico, evitando qualsiasi conversione CC-CA-CC con perdite.

2. Architettura di accoppiamento CA

Nell'architettura ad accoppiamento in corrente alternata, i sistemi fotovoltaici e di accumulo energetico operano in modo relativamente indipendente. La corrente continua generata dall'impianto fotovoltaico viene prima convertita in corrente alternata tramite un inverter fotovoltaico, che poi alimenta direttamente la rete o i carichi locali.

Se l'energia CA convertita dall'inverter solare deve essere immagazzinata, deve essere elaborata da un PCS (Power Conversion System), che la riconverte in CC per caricare la batteria. Durante la scarica, il PCS riconverte nuovamente l'energia CC della batteria in CA per l'utilizzo da parte dei carichi.

Punto chiave: La ricarica della batteria tramite l'impianto fotovoltaico richiede un processo di conversione da CC a CA e poi di nuovo a CC, e l'alimentazione dei carichi aggiunge un'ulteriore conversione da CC a CA.

3. Confronto tra le due architetture

(1) Percorso del flusso di energia e fasi di conversione

Accoppiamento CC: l'energia CC generata dai moduli fotovoltaici può caricare direttamente la batteria (CC-CC), senza passare attraverso la conversione CC-CA-CC, con conseguente riduzione delle perdite di energia.

Accoppiamento CA: l'immagazzinamento dell'energia fotovoltaica richiede una conversione in due fasi (CC-CA-CC). Quando viene infine utilizzata, l'energia subisce un totale di tre fasi di conversione, con conseguenti perdite di energia relativamente maggiori.

(2) Apparecchiature e costi del sistema

Accoppiamento in corrente continua: utilizza un inverter ibrido integrato (o inverter solare-accumulo) che combina MPPT fotovoltaico, conversione bidirezionale e gestione della batteria. Ciò riduce il numero di componenti e di cavi di interconnessione necessari, diminuendo l'investimento iniziale. Un minor numero di componenti si traduce anche in minori costi di installazione e manutenzione.

Accoppiamento CA: richiede inverter solari separati e un inverter per batterie (PCS), insieme a un quadro di distribuzione CA corrispondente. Il maggior numero di componenti aumenta i costi di cablaggio e richiede più spazio per l'installazione.

(3) Rapporto CC-CA (Rapporto di carico dell'inverter)

Ipotizzando una capacità del trasformatore di fabbrica di 2,5 MVA, la potenza totale erogata dall'inverter è in genere limitata all'80% di tale capacità (circa 2 MW) per garantire un funzionamento sicuro.

Accoppiamento CC: può supportare un impianto fotovoltaico da 4 MWp. Se l'impianto fotovoltaico genera 4 MW di potenza, 2 MW possono fluire direttamente alla batteria per la ricarica tramite il bus CC (un processo CC-CC).

I restanti 2 MW vengono convertiti dal PCS all'interno dell'inverter ibrido e immessi in uscita come 2 MW di corrente alternata. L'energia verde immagazzinata può essere distribuita durante le ore di punta serali, massimizzando l'utilizzo della produzione solare per soddisfare la maggiore domanda aziendale di energia rinnovabile.

Accoppiamento CA: la generazione fotovoltaica è limitata principalmente dalla capacità dell'inverter fotovoltaico. Con un rapporto CC/CA di 1,3, si potrebbe installare un impianto fotovoltaico da 2,6 MWp. Se questo genera 2,3 MW CC, l'inverter fotovoltaico CA da 2 MW limiterebbe la potenza in uscita, causando una riduzione della generazione fotovoltaica e uno spreco di energia solare.

(4) Compatibilità e scalabilità del sistema

Accoppiamento in corrente continua (CC): offre un'elevata integrazione tra i sistemi fotovoltaici e di accumulo. Tuttavia, presenta una scarsa compatibilità per l'ammodernamento di impianti fotovoltaici esistenti, spesso rendendo necessaria la sostituzione dell'inverter originale. L'espansione del sistema è inoltre limitata dalla potenza massima di ingresso/uscita dell'inverter ibrido e dalle specifiche della porta batteria.

Accoppiamento CA: Offre una facile installazione anche su impianti fotovoltaici esistenti, poiché l'accumulo può essere aggiunto collegando in parallelo un inverter e le batterie sul lato CA. Consente una selezione flessibile di apparecchiature di diverse marche e garantisce una maggiore scalabilità.

4. Come selezionare la soluzione di accoppiamento AC&DC

(1) Accoppiamento CC: scenari come la costruzione di un nuovo sistema di accumulo solare, la ricerca di una maggiore efficienza di conversione e di un rapporto CC-CA più elevato, e laddove lo spazio di installazione è in qualche modo limitato.

(2) Accoppiamento CA: scenari come l'aggiunta di sistemi di accumulo di energia a impianti fotovoltaici esistenti, che richiedono la compatibilità con apparecchiature di più marche e l'integrazione ibrida di più fonti di energia.

Ciascun metodo presenta dei compromessi e non esiste un'unica soluzione ottimale valida per tutti gli scenari. La scelta pratica deve basarsi su una valutazione completa delle condizioni e dei requisiti specifici del progetto. Con il continuo progresso di entrambe le tecnologie, si prevede un'offerta sempre più ampia di soluzioni, che consentirà agli utenti di compiere la scelta ottimale per il proprio futuro energetico.